Устройство для измерения распределения температуры поверхности

Союз Советских Социалистических т еспублик(22) Заявлено 22,02.79 (21) 2729850/18-25 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный иоиитет СССР ве амви изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 251 2,80(У 2) Авторы изобретения А. К. Полонин В. Е. Карпов, В. М. Варик Минский радиотехнический институ ЙЗ 1(,),1 73) Заявитель(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИИзобретение относится к радиационной пирометрии и может быть использовано для измерения распределения температуры по поверхности, например полупроводниковых иэделий. 5Известен резистор теплового потока, содержащий теплопоглощающий элемент и два теплоприемника, причем упомянутый элемент выполнен в виде пластины из материала, который дефор мируется относительно первоначального состояния, сохраняет деформируемое состояние в определенном диапазоне температур и возвращается в первоначальное состояние при определенном 5изменении температуры Щ .Недостатком этого резистора является невысокая точность измерения, обусловленная низкой разрешающей способностью теплопоглошающего эле ,мента.Известно устройство, реализующее способ измерения распределения температур, рассеиваемых источником тепла, которое материализует пространство, 25окружающее источник тепла, путем введения теплопоглощающего элемента, например сетки, изготовленной из материала с большой теплопроводимостьюи осуществления пелетермографии в 30 2инфракрасной области спектра по всей поверхности сетки )2.Недостатком данного устройства является невысокая точность измерениЯ, обусловленная дискретностью анализа поля температур поглощающим элементом, выполненным в виде сетки.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения распределения температуры поверхности, содержащее оптическую систему, которая собирает инфракрасное излучение и направляет его на термоупругий элемент, например слой жидкости, помещенной в кювету, деформируемой в зависимости от интенсивности этого излучения, а так же блок регистрации тепловой деформации 31.Существенным недостатком этого устройства является низкая точность измерения, обусловленная влиянием внешних воздействий (ударная вибрация, акустические волны) на распределение поля поверхностных смещений термоуп- ругого элемента, кроме того на точность измерения влияет разрешающая способно."ть по температуре, обусловленная текучими свойствами термоупругого элемента.Цель изобретения - повыаение точности измерения распределения температуры поверхности за счет увеличенияразрешающей способности устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве измерения температуры поверхности, содержащем оптическуюсистему, термоупругий элемент, чувствительный к инфракрасному излучению иблок регистрации поля тепловой деформации, упомянутый термоупругий элементвыполнен из сегнетоэлектрического материала с мелкодоменной структурой ипомещен в термокамеру.На чертеже представлена схемапрвддагаемого устройства,Устройство для измерения распредепения температуры поверхности содержитоптическую систему 1, термоупругийэлемент 2, помещенный в термокамеру3, блок 4 регистрации поля тепловойдеформации, в который входит источник ,Я5 монохроматического света, поворотное зеркало 6, светоделитель 7, опорное зеркало 8, линза 9, голограмма10 термоупругого элемента, поворотноезеркало 11 и линза 12, 23Рассмотрим основные функции, выполняемые каждым из структурных элементов устройства.Оптическая система 1 представляетсобой линзу, пРозрачную для инфракрасного излучения. Она собирает это излучение от поверхности объекта,Термоупругий элемент 2 установленв Фокусе системы 1 и представляет собой тонкую, порядка 1 мм, сегнетозлектрическую пластину с мелкодоменнойструктурой. Домены имеют размер порядка десятых долей мм и обладают большой подвижностью друг относительнодруга.Термокамера 3 позволяет поддерживать стабильной температуру, равную.температуре Кюри (температура Фазового перехода сегнетоэлектрика), в которой подвижность доменов максимальнаа Формула изобретения Устройство .для измерения распределения температуры поверхности, содержащее последовательно установленныеоптическую систему, термоупругий элеч,мент, чувствительный к инфракрасномуизлучению и блок регистрации поля тепловой деформации, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности измерения за счет увеличенияразрешающей способности, устройствоснабжено термокамерой, в которой установлен термоупругий элемент, выполненный из сегнетоэлектрического материала с мвлкодоменной структурой.Источники информации,принятые во внимание при экспертизевО 1. Патент США Р 3905228,кл, 6 01 К 17/00, 1976,2. Заявка Франции М 2354546,кл. 6 01 К 11/00, 1977.3. Заявка Франции Р 2081937,65 кл. 6 01 Г 5/00, 1972 (прототип). Блок 4 регистрации поля тепловой деформации представляет собой оптическую систему, образованную измерительным и опорным каналами. Измерительный канал образован последователь. но установленными и оптически связанными источником 5, поворотным зеркалом 6, светоделителем 7, поворотным зеркалом 11, линзой 12, термоупругим элементом 2, от которого отраженный свет попадает на регистрирующий элемент, который представляет собой голограмму 10 термоупругого элемента 2,Опорный канал образован последовательно установленными и оптически связанными источником 5, поворотным зеркалом 6, светоделителем 7, опорным зеркалом 8, от которого отражен 1 ный свет попадает на голограмму 10. Работает предлагаемое устройство следующим образом.Перед измерением термокамерой 3 создают температуру фазового перехода для данного типа сегнетоэлектрического материала, из которого выполнен термоупругий элемент, В течение всего измерения температура в термокамере 3 поддерживается постоянной, что позволяет обеспечить максимально возможные значения, подвижности доменов и коэффициента теплового расширения.Оптическая система 1 формирует твпловов изображение объекта, которое накладывается на термоупругий элемент 2. Распределенное тепловое поле изображения вызывает пропорциональное температуре распределение поля тепловой деформации элемента 2, которое визу ализируется блоком 4 регистрации следующим образом. Деформация элемента 2 вызывает изменение отраженной им фазы световой волны, относительно Фазы этой волны, отраженной от недеформированного термоупругого элемента 2. Это приводит к появлению интерфврвнционных полос на голографическом изображении термоупругого элемента 2, восстанавливаемого голограммой 10, по которым судят о распределении поля тепловых деформаций, которое пропорционально распределению поля теьвератур.При этом количественная величина тепловой деформации в любой точке температурного элемента 2 определяется числом интерференционных полос, исходящих иэ этой точки. Так как цена деления интерференционных полос составляет 0,2-0,3 мк, это обеспечивает высокую чувствительность измерения теВ- ловой деформации термоупругого элемента 2, что повышает точность измерения температуры поверхности объекта,789691Составитель В. Зуев Редактор Л, Кеви Техред А,Щепанская КорректорО,Билак Заказ 9021/35 Тираж 713 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 у Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4